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寧XX大學 畢業(yè)設計(論文) 貫穿孔毛刺的識別設備結構設計 分 院： 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 二○一三年 月 摘要 隨著科學技術的發(fā)展，結構件的應用也顯得越來越頻繁，先進去毛刺技術的發(fā)展總是不斷地從新科技的成果中獲得新的起點。目前，毛刺技術在電子科技、計算機技術及機器人的制造中都起著重要的作用。無論在什么情況下，數(shù)控毛刺要適應變化才能提高水平和質量。我們只有將數(shù)控機技術和跟蹤技術有效的結合才能更好的推動新科技的發(fā)展，因此貫穿孔毛刺的識別設備的設計對于解決這一難題至關重要。 關鍵詞： 貫穿孔毛刺的識別設備，機構設計 Abstract With the development of science and technology, the application of structure becomes more and more frequent, the development of advanced deburring technology constantly from the new achievements of science and technology in the new starting point. At present, the burr technology plays an important role in the manufacture of electronic technology, computer technology and robot. In any case, NC burr should adapt to the change in order to improve the level and quality of. We will only CNC machine technology and the tracking technology must be combined effectively in order to better promote the development of new technology, so the through hole glitch recognition equipment design is very important for solving this problem. Keywords: through hole glitch recognition equipment, mechanism design 目 錄 摘要 2 Abstract 3 目 錄 4 第1章 緒論 6 1.1課程的研究目的及意義 6 1.1.1課程背景 6 1.1.2意義 6 1.2研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 7 1.2.2國內去毛刺機的發(fā)展概況7 1.2.3國外去毛刺機的發(fā)展概況 7 1.2.4去毛刺機在我國的應用及發(fā)展趨勢 8 1.3本課題研究的內容及方法 9 1.3.1主要的研究內容 9 1.3.2設計要求 9 第2章 總體方案機構設計 10 2.1設計概念 10 2.2設計原理 11 2.3方案討論 12 第3章 數(shù)控去毛刺機X結構及傳動設計 12 3.1 X向滾珠絲桿副的選擇 13 3.1.1導程確定 13 3.1.2確定絲桿的等效轉速 13 3.1.3估計工作臺質量及負重 13 3.1.4確定絲桿的等效負載 14 3.1.5確定絲桿所受的最大動載荷 14 3.1.6精度的選擇 15 3.1.7選擇滾珠絲桿型號 15 3.2校核 17 3.2.1 臨界壓縮負荷驗證 18 3.2.2臨界轉速驗證 18 3.2.3絲桿拉壓振動與扭轉振動的固有頻率 19 3.3電機的選擇 20 3.3.1電機軸的轉動慣量 20 3.3.2電機扭矩計算 21 第4章 Y向結構設計 23 4.1設計要求 23 4.2 傳動計算 23 4.3電機的選擇 25 4.3.1電機的分類 25 4.3.2步進電機的選擇 26 第5章 Z向結構設計 28 5.1 Z軸滾動導軌副的計算、選擇 28 5.2 滾珠絲杠計算、選擇 29 5.3 步進電機慣性負載的計算 31 第 6章 CCD鏡頭機構 34 6.1機構設計工作原理 34 6.2結構設計 34 6.3 電動機的選型 34 第7章 機架的設計 35 7.1 機架的基本尺寸的確定 35 7.2 架子材料的選擇確定 35 7.3 主要梁的強度校核 35 總結 38 參考文獻 39 致 謝 40 第1章 緒論 1.1課程的研究目的及意義 1.1.1課程背景 毛刺，是指在金屬（包括熱加工和冷加工）切割加工過程中在切削力作用下，產生晶粒剪切滑移、塑性變形使材料擠壓撕裂，導致工件表面過渡處出現(xiàn)各種尖角、毛邊等不規(guī)則的金屬部分。毛刺是金屬切削加工中產生的普遍現(xiàn)象之一，也是金屬切削理論研究中迄今為止尚未解決好的兩大難題（毛刺的生成與控制，切屑的處理與控制）之一。隨著工業(yè)化和自動化程度的提高, 當今毛刺向微型化、薄型化、復合化、模塊化和智能化等發(fā)展的趨勢，在毛刺的各個門類中都得到了充分的體現(xiàn)，在機械加工領域,特別是航空、航天、儀器儀表領域中,對機械零件制造精度要求的提高和機構設計的微型化,毛刺的危害性尤為明顯,逐漸引起人們的普遍重視, 基于毛刺在日常生活與生產當中起著舉足輕重的角色，因此對于毛刺的檢驗也就成了一項很重要的工作，人們也開始對毛刺的生成機理及去除方法進行研究。 目前,檢測毛刺及去毛刺技術已受到各工業(yè)發(fā)達國家的普遍重視,相繼成立了許多專門研究機構,進行了大量實驗研究。檢測毛刺去毛刺工藝已由手工作業(yè)向機械化、自動化的方向發(fā)展,去毛刺的工藝方法也在逐年增加。據粗略統(tǒng)計,1972 年,去除毛刺的方法僅有22種,1975 年增加到30種,1990 年則已達70 余種,已涉及機械加工的各個方面,并不斷有新的去毛刺研究成果問世。隨著中國加入WTO、改革開放進程的加快,產品競爭會日益激烈。提高產品內在質量、增加系統(tǒng)可靠性、降低成本是企業(yè)面臨的唯一選擇;另外,隨著國家機電產品出口比率的加大,也為去毛刺的研究和應用帶來鍥機。有跡象表明,歐、美、日本、臺灣、香港等國家和地區(qū)的一些企業(yè),考慮或正在我國大陸設立光整設備生產基地和設置服務中心,以搶先占領中國市場。國外已成功研制了用于CNC 數(shù)控機床上的去毛刺技術,并已投入使用。該項技術的核心是一套按不同幾何形狀確定的刀具,由刀桿、去毛刺工具和特殊軸承結構三部分組成,具有非常短暫的工作節(jié)拍和很高的去毛刺質量。國內研制的由PC控制一組輪刷作為切削工具的半自動齒輪端面去毛刺機床已研制成功并投入使用。以德國Bosch 公司研制的柔性去毛刺系統(tǒng)FDS( Flexible Deburring) 和包括切屑處理、清洗在內的柔性清整系統(tǒng)FFS(Flexible Finishing System) 為代表的高度自動化的去毛刺技術已得到應用,這標志著去毛刺技術正向高新技術領域邁進。在美國的SMC（生產加工工程師學會）和ASME（美國機械工程師學會）對這毛刺檢測有較深入的研究，但沒有制訂成國家標準。 1.1.2意義 毛刺現(xiàn)象既是一個簡單的又是一個復雜的問題，隨著工業(yè)化和自動化程度的提高,機械加工領域,特別是航空、航天、儀器儀表領域中,對機械零件制造精度要求的提高和機構設計的微型化,毛刺的危害日益明顯，因此，跟蹤世界毛刺科技發(fā)展新動向，總結各國發(fā)展毛刺科技發(fā)展新舉措，科技發(fā)展新特點，密切關注毛刺領域的新材料等，對促進我國毛刺科技的發(fā)展、工件整體水平、推動電子信息產業(yè)發(fā)展，都具有重要的理論和現(xiàn)實意義。在實際工作中，若去毛刺的方法適當，它會提高產品的質量、降低成本，否則，不但影響生產效率的提高、產品質量好壞，還會影響產品的成本。具體說：有些產品要求較高，經過認真去毛刺后由于毛刺較牢固，如果不是經過切削加工是很難脫落的；有些高精度產品，特別是安全性能要求特別高，價值極高的產品，如飛機、衛(wèi)星等產品就要求徹底消除毛刺，即使非常牢固的毛刺，需要經過切削加工也要消除，否則萬一毛刺脫落就會造成不可估量的損失，隨著技術的發(fā)展，無論產品種類、規(guī)格、產能和產量、技術水平都得到很大提高。毛刺是電子科技的重要支撐，是電子設備、電子信息系統(tǒng)以及武器裝備控制系統(tǒng)的重要基礎。從的發(fā)展歷程可以看出，電子系統(tǒng)功能的每一次升級、半導體技術的每一次創(chuàng)新都會從產量和性能等方面對元件提出更高的要求。伴隨著信息化浪潮在世界范圍內如火如荼地發(fā)展，毛刺的發(fā)展速度、技術水平和生產規(guī)模，不僅直接影響著電子技術的發(fā)展，而且對改造傳統(tǒng)行業(yè)，促進科技進步，提高裝備現(xiàn)代化水平都具有重大意義。因此，毛刺去除與毛刺檢測對整個機械產品及機械工業(yè)有著重要意義。 1.2研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.2.2國內去毛刺機的發(fā)展概況 目前，國外許多工業(yè)發(fā)達國家已經把數(shù)控去毛刺設備的生產標準化、產業(yè)化，價格相對也有所下降。在近幾年，微電子技術的快速發(fā)展帶動了以PC機位代表的計算機軟硬件的發(fā)展，去毛刺機設備也以建立以pc機為基礎的制造系統(tǒng)為目標，向開放的集成自動化方向發(fā)展。為順應這一趨勢，去毛刺數(shù)控系統(tǒng)也由專用的封閉數(shù)控系統(tǒng)向基于PC機的開放數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展。有些進口的去毛刺設備只需要操作者輸入去毛刺材料、厚度、坡口形式等去毛刺工藝條件他就可自動生成去毛刺工藝，并且還可以隨著被焊材料、構件的換代，實現(xiàn)在線遠程升級。他們的設備基本都提供了現(xiàn)場總線接口，是國外自動化去毛刺系統(tǒng)的集成水平顯著提高。在歐美、日本等技術發(fā)達國家，自動化、機器人去毛刺設備的應用非常普遍，特別是在批量化、大規(guī)模和有害作業(yè)環(huán)境中使用率更高，已形成了成熟的技術、設備和與之配套并不斷升級的去毛刺工藝。 1.2.3國外去毛刺機的發(fā)展概況 去毛刺產品中有許多曲線的去毛刺，在我國一般采用手工去毛刺。手工操作具有一定的優(yōu)勢，但也，存在著人員管理難、工人培訓周期長、生產環(huán)境惡劣、勞動強度大、去毛刺質量難以穩(wěn)定的保持、容易產生夾雜、氣孔等缺陷、去毛刺成本高、生產效率低一系列的問題等。為了克服上述種種弊端，去毛刺科技工作者研究出了多種自動化去毛刺設備，如仿形去毛刺機，去毛刺機器人，三維數(shù)控去毛刺機等。近些年來我國去毛刺技術的整體發(fā)展水平比較好，尤其是逆變式焊機技術現(xiàn)已成熟，正在全國推廣應用。波控、智能及自動、半自動去毛刺技術快速發(fā)展?？墒潜M管如此，我國的去毛刺設備還是不能滿足國內工業(yè)的生產需求。 1.2.4去毛刺機在我國的應用及發(fā)展趨勢 我國從20世紀80年代開始進行大型機床等機械產品去毛刺結構的研究，20 多年來已取得長足的進步。去毛刺結構已經在現(xiàn)代化的數(shù)控機床等大型機床上應用以焊代鑄以焊代鍛的結構設計和制造技術迅速發(fā)展。 在汽車制造工業(yè)方面，隨著我國汽車產量的不斷增加20世紀90年代開始從國外陸續(xù)引進先進的去毛刺設備。并在車轉動軸、剎車蹄片、輪圈以及其他部件的制造過程中普遍采用各種先進的去毛刺工藝，提高了去毛刺效率和產品質量。去毛刺在船舶、汽車、鍋爐、壓力容器制造行業(yè)中也成為主要的生產工藝手段之一 。目 前，已有多種去毛刺工藝方法獲得各國船級社的認可而被應用于生產。自十一五期間開始進行高效去毛刺技術的探索以來，至今已取得令人欣喜的成績。 近年來，我國在大型貯罐去毛刺、球形貯罐去毛刺、鋁鎂合金料倉去毛刺等領域中，已成功地開發(fā)應用了自動焊或半自動焊工藝，如球罐全位置自動焊工藝和裝備已在國內開發(fā)成功，它將為進一步推動去毛刺自動化發(fā)揮重要作用。 在當前，數(shù)控去毛刺機的機構設計絕大多數(shù)還是依據具體的情況來設計專用去毛刺數(shù)控去毛刺機，稱之為固定結構的傳統(tǒng)數(shù)控去毛刺機，其運動特性使特定數(shù)控去毛刺機僅能適應一定的范圍，花費成本較大，不利于數(shù)控去毛刺機的發(fā)展。 很數(shù)移動去毛刺數(shù)控去毛刺機還有焊縫跟蹤的功能,其不足之處就是在焊前必須通過人為的方式,幫助數(shù)控去毛刺機找到合適的位置并且放好，通過人工將數(shù)控去毛刺機本體、十字滑塊等調整到合適的狀態(tài) ,這里所設計的移動數(shù)控去毛刺機是有軌移動去毛刺數(shù)控去毛刺機，只是現(xiàn)有的移動去毛刺數(shù)控去毛刺機技術在PCB板去毛刺中的應用， 還不能滿足要求，而當前的移動去毛刺數(shù)控去毛刺機技術有相當?shù)陌l(fā)展。也就是說數(shù)控去毛刺機的自主性還跟不上工業(yè)發(fā)展的腳步。 未來的發(fā)展趨勢可分為以下三個方面：[2] 1 選擇視覺傳感器來進行傳感跟蹤：因為與圖象處理方面相關的技術得到發(fā)展； 2 采用多傳感信息融合技術以面對更為復雜的去毛刺任務； 3 控制技術由經典控制到向智能控制技術的發(fā)展：這也將是移動去毛刺數(shù)控去毛刺機的控制所采用。 1.3本課題研究的內容及方法 1.3.1主要的研究內容 在查閱了國內外大量的有關去毛刺數(shù)控去毛刺機設計理論及相關知識的資料和文獻基礎上，綜合考慮去毛刺數(shù)控去毛刺機結構特點、具體作業(yè)任務特點以及去毛刺數(shù)控去毛刺機的推廣應用，分析確定使用三自由度關節(jié)型去毛刺數(shù)控去毛刺機配合生產工序，實現(xiàn)自動化去毛刺的目的。 為了實現(xiàn)上述目標，本文擬進行的研究內容如下: 1 根據現(xiàn)場作業(yè)的環(huán)境要求和數(shù)控去毛刺機本身的結構特點，確定數(shù)控去毛刺機整體設計方案。 2 確定數(shù)控去毛刺機的性能參數(shù)，對初步模型進行靜力學分析，根據實際情況選擇電機。 3 從所要功能的實現(xiàn)出發(fā)，完成數(shù)控去毛刺機各零部件的結構設計； 4 完成主要零部件強度與剛度校核。 1.3.2設計要求 1 根據所要實現(xiàn)的功能，提出三維數(shù)控去毛刺機的整體設計方案； 2 完成三維數(shù)控去毛刺機結構的詳細設計； 3 通過相關設計計算，完成電機選型； 4 完成三維數(shù)控去毛刺機結構的三維造型；繪制三維數(shù)控去毛刺機結構總裝配圖、主要零件圖。 第2章 總體方案機構設計 2.1設計概念 對于貫穿孔毛刺的識別設備的結構設計，首先我們應該了解貫穿孔及貫穿孔毛刺的特點：貫穿孔是通孔，可以由孔底部觀察到孔內壁的形貌，貼服在貫穿孔內壁的毛刺也凸出的比較明顯，因此貫穿孔毛刺更易于觀察。其次考慮觀察毛刺的設備，我們有很多種方法可以觀察毛刺，第一種方法是利用激光照射，激光橫掃貫穿孔可以掃描出貫穿孔以及孔內毛刺的形貌；第二種方法是利用超聲波檢測，利用超聲波在物體中的多種傳播特性，例如反射與折射、衍射與散射、衰減、諧振以及聲速等的變化，可以測知許多物體的尺寸、表面與內部缺陷、組織變化等等；第三種方法是利用攝像頭進行拍攝，可以看到孔及其內壁毛刺的輪廓。對于以上三種方法，激光掃描只能掃描孔表面以及孔表面附近的毛刺，對于深入貫穿孔內的毛刺無法進行掃描。而利用波不易觀察，設備較為昂貴。而利用攝像頭進行拍攝，既能觀察到貫穿孔內的毛刺形貌，又不昂貴，故可作為觀察貫穿孔毛刺的設備。選用CCD鏡頭觀察貫穿孔內毛刺的原理是：CCD是一種半導體裝置，能夠把光學影像轉化為數(shù)字信號，因為孔內的毛刺都是粘附在孔的內壁并有凸出，通過調節(jié)CCD鏡頭的放大倍數(shù)來拍攝孔內毛刺并進行在線觀測，然后通過軟件系統(tǒng)來確定它們的坐標，找出它們的位置，確定毛刺的位置后可直接用毛刺去除設別進行去毛刺并對去毛刺后的貫穿孔使用CCD鏡頭進行拍攝，以觀察毛刺是否全部去除，為了更為清楚準確的拍攝孔內毛刺，可以在被檢測工件下面加一光板。 確定使用CCD鏡頭作為毛刺觀測的設備后就可以設計毛刺識別的整體結構了。設計的貫穿孔毛刺識別設備結構圖如下： 設備的運動機理： 通過X、Y、Z向電機帶動各向滾珠絲杠轉動，繼而使工作臺在各向導軌上移動以調節(jié)工作臺在空間的位置即貫穿孔的位置，當調節(jié)到CCD鏡頭下適當位置時進行拍攝記下此時的坐標，由此可確定毛刺的位置。 2.2設計原理 數(shù)控去毛刺機的設計應滿足一下幾個條件首先就是必須保證工件定位可靠的可靠性，為了使工件與去毛刺點保持準確的相對位置，必須根據要求的去毛刺點，去選擇合適的定位機構。再者就是要有足夠的強度和剛度 除了受到工件、工具的重量，還要受到本身的重量，還受到去毛刺槍在運動過程中產生的慣性力和振動的影響，沒有足夠的強度和剛度可能會發(fā)生折斷或者彎曲變形，所以對于受力較大的進行強度、剛度計算是非常必要的。最后要盡可能做到具有一定的通用性 如果可以，應考慮到產品零件變換的問題。為適應不同形狀和尺寸的零件，為滿足這些要求，可將制成組合式結構，迅速更換不同的部件及附件來擴大機構的使用范圍。 Y軸和Z軸采用絲杠傳動：Y軸 電動機—聯(lián)軸器—滾珠絲杠 Z軸 電動機—聯(lián)軸器——大托板 X軸采用絲杠加導軌形式：橫向電動機—聯(lián)軸器—橫向滾珠絲杠（導軌）-橫滑板 2.3方案討論 懸臂梁在工程力學受力分析中，比較典型的簡化模型。在實際工程分析中，大部分實際工程受力部件都可以簡化為懸臂梁。龍門結構制作方便，承受負載大，結構穩(wěn)定，工程上廣泛應用?？紤]到上述問題該課題的整體結構采用龍門結構。 第3章 數(shù)控去毛刺機X結構及傳動設計 表 3-1滾珠絲桿副支承 支承方式 簡圖 特點 一端固定一端自由 結構簡單，絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉速都較低設計時盡量使絲桿受拉伸。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度底，僅僅適用于短絲桿。 一端固定一端游動 需保證螺母與兩端支承同軸，故結構較復雜，工藝較困難，絲桿的軸向剛度與兩端相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉速比同長度的較高，絲桿有膨脹余地，這種安裝方式一般用在絲桿較長，轉速較高的場合，在受力較大時還得增加角接觸球軸承的數(shù)量，轉速不高時多用更經濟的推力球軸承代替角接觸球軸承。 兩端固定 只有軸承無間隙，絲桿的軸向剛度為一端固定的四倍。一般情況下，絲桿不會受壓，不存在壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高?？梢灶A拉伸，預拉伸后可減少絲桿自重的下垂和熱膨脹的問題，結構和工藝都比較困難，這種裝置適用于對剛度和位移精度要求較高的場合。 3.1 X向滾珠絲桿副的選擇 滾珠絲桿副就是由絲桿、螺母和滾珠組成的一個機構。他的作用就是把旋轉運動轉和直線運動進行相互轉換。絲桿和螺母之間用滾珠做滾動體，絲杠轉動時帶動滾珠滾動。 3.1.1導程確定 電機與絲桿通過聯(lián)軸器連接，故其傳動比i=1, 選擇電機Y系列異步電動機的最高轉速，則絲杠的導程為 取Ph=12mm 3.1.2確定絲桿的等效轉速 基本公式 最大進給速度是絲桿的轉速 最小進給速度是絲桿的轉速 絲桿的等效轉速 式中取故 3.1.3估計工作臺質量及負重 主軸箱重量 工作臺重量 移動部件重量 3.1.4確定絲桿的等效負載 工作負載是指機床工作時，實際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力，他的數(shù)值用進給牽引力的實驗公式計算。選定導軌為滑動導軌，取摩擦系數(shù)為0.03，K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取1.1~1.5，本課題中取1.3，則絲桿所受的力為 其等效載荷按下式計算（式中取，） 3.1.5確定絲桿所受的最大動載荷 fw-------負載性質系數(shù)，（查表：取fw=1.2） ft--------溫度系數(shù)（查表：取ft=1） fh-------硬度系數(shù)（查表：取fh =1） fa-------精度系數(shù)（查表：取fa =1） fk-------可靠性系數(shù)（（查表：取fk =1） Fm------等效負載 nz-------等效轉速 Th ----------工作壽命，取絲桿的工作壽命為15000h 由上式計算得Car=17300N 表3-1-1各類機械預期工作時間Lh 表3-1-2精度系數(shù)fa 表3-1-3可靠性系數(shù)fk 表3-1-4負載性質系數(shù)fw 3.1.6精度的選擇 滾珠絲杠副的精度對電氣機床的定位精度會有影響，在滾珠絲杠精度參數(shù)中，導程誤差對機床定位精度是最明顯的。一般在初步設計時設定絲杠的任意300行程變動量應小于目標設定定位精度值的1/3～1/2,在最后精度驗算中確定。，選用滾珠絲杠的精度等級X軸為1～3級（1級精度最高），Z軸為2～5級，考慮到本設計的定位精度要求及其經濟性，選擇X軸Y軸精度等級為3級，Z軸為4級。 3.1.7選擇滾珠絲桿型號 計算得出Ca=Car=17.3KN, 則Coa=(2~3)Fm=（34.6~51.9）KN 根據使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結構形式，并根據最大動載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號為: CM系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。 其基本參數(shù)如下: 其額定動載荷為14205N> 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預緊方式采用雙螺母螺紋預緊形式. 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表 名稱 計算公式 結果 公稱直徑 ―― 20mm 螺距 ―― ５mm 接觸角 ―― 鋼球直徑 ―― 4.175mm 螺紋滾道法向半徑 1.651mm 偏心距 0.04489mm 螺紋升角 螺桿外徑 19.365mm 螺桿內徑 16.788mm 螺桿接觸直徑 17.755mm 螺母螺紋外徑 24.212mm 螺母內徑（外循環(huán)） 20.7mm （1） 傳動效率計算 絲杠螺母副的傳動效率為： 式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。 （2） 穩(wěn)定性驗算 絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算。 （3） 剛度驗算 滾珠絲杠受工作負載引起的導程變化量為：(cm) Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計算 絲杠受扭矩引起的導程變化量很小，可忽略不計。導程變形總誤差Δ為 E級精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。 3.2校核 滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓震動固有頻率，其扭轉剛度影響扭轉固有頻率。承受軸向負荷的滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度KO有絲桿本身的拉壓剛度KS，絲桿副內滾道的接觸剛度KC，軸承的接觸剛度Ka，螺母座的剛度Kn，按不同支撐組合方式計算而定。 3.2.1 臨界壓縮負荷驗證 絲桿的支撐方式對絲桿的剛度影響很大，采用一端固定一端支撐的方式。臨界壓縮負荷按下列計算： 式中E------材料的彈性模量E鋼=2.1X1011（N/m2） LO-------最大受壓長度（m） K1-------安全系數(shù)，取K1=1.3 Fmax-------最大軸向工作負荷（N） f1-------絲桿支撐方式系數(shù)：f1=15.1 I=絲桿最小截面慣性距（m4） 式中do--------是絲桿公稱直徑（mm） dw------------滾珠直徑（mm）， 代入上式計算得出Fca=5.8X108N 可見Fca＞Fmax，臨界壓縮負荷滿足要求。 3.2.2臨界轉速驗證 滾珠絲杠副高速運轉時，需驗算其是否會發(fā)生共振的最高轉速，要求絲杠的最高轉速： 式中：A------絲桿最小截面：A= -------絲杠內徑，單位； P--------材料密度p=7.85*103(Kg/m) --------臨界轉速計算長度，單位為，本設計中該值為=148/2+300+(620-488)/2=440mm ----------安全系數(shù)，可取=0.8 fZ----------絲杠支承系數(shù)，雙推-簡支方式時取18.9 經過計算，得出= 6.3*104，該值大于絲杠臨界轉速，所以滿足要求。 3.2.3絲桿拉壓振動與扭轉振動的固有頻率 絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度Ke的計算公式 式中 A——絲杠最小橫截面，； 螺母座剛度KH=1000N/μm。 當導軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中，L植分別為750mm和100mm。 經計算得： 式中 Ke ——滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度(N/μm)； KH——螺母座的剛度(N/μm)；KH=1000 N/μm Kc——絲杠副內滾道的接觸剛度(N/μm)； KS——絲杠本身的拉壓剛度(N/μm)； KB——軸承的接觸剛度(N/μm)。 經計算得絲杠的扭轉振動的固有頻率遠大于1500r/min，能滿足要求。 3.3電機的選擇 步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉軸步進一個距角增量。電機總的回轉角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應的轉速取決于輸入脈沖的頻率。步進電機具有慣量低、定位精度高、無累計誤差、控制簡單等優(yōu)點，所以廣泛用于機電一體化產品中。選擇步進電動機時首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率，再者還要考慮轉動慣量、負載轉矩和工作環(huán)境等因素。 3.3.1電機軸的轉動慣量 a、回轉運動件的轉動慣量 上式中：d—直徑,絲桿外徑d=39.5mm L—長度=1m P—鋼的密度=7800 經計算得 b、X向直線運動件向絲桿折算的慣量 上式中：M—質量 X向直線運動件M=160kg P—絲桿螺距（m）P=0.001m 經計算得 c、聯(lián)軸器的轉動慣量 查表得 因此 3.3.2電機扭矩計算 a、折算至電機軸上的最大加速力矩 上式中： J=0.0028kg/m2 ta—加速時間 KS—系統(tǒng)增量，取15s-1,則ta=0.2s 經計算得 b、折算至電機軸上的摩擦力矩 上式中：F0—導軌摩擦力，F(xiàn)0=Mf，而f=摩擦系數(shù)為0.02，F(xiàn)0=Mgf=32N P—絲桿螺距（m）P=0.001m η—傳動效率，η=0.90 I—傳動比，I=1 經計算得 c、折算至電機軸上的由絲桿預緊引起的附加摩擦力矩 上式中P0—滾珠絲桿預加載荷≈1500N η0—滾珠絲桿未預緊時的傳動效率為0.9 經計算的T0=0.05N·M 則快速空載啟動時所需的最大扭矩 根據以上計算的扭矩及轉動慣量，選擇電機型號為SIEMENS的IFT5066，其額定轉矩為6.7。 第4章 Y向結構設計 4.1設計要求 Y向是通過滑軌上下移動，帶動裝置可以旋轉的機構 4.2 傳動計算 根據給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計算導軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般運行狀況)，3.0~5.0（運動時受沖擊、振動）。根據計算結果查有關資料初選導軌： 因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取 根據計算額定靜載荷初選導軌: 選擇漢機江機床廠HJG-D系列滾動直線導軌,其型號為:HJG-D25 基本參數(shù)如下: 額定載荷/N 靜態(tài)力矩/N*M 滑座重量 導軌重量 導軌長度 動載荷 靜載荷 L (mm) 17500 26000 198 198 288 0.60 3.1 760 滑座個數(shù) 單向行程長度 每分鐘往復次數(shù) M 4 0.6 4 導軌的額定動載荷N 依據使用速度v（m/min）和初選導軌的基本動額定載荷 (kN)驗算導軌的工作壽命Ln： 額定行程長度壽命: 導軌的額定工作時間壽命: 導軌的工作壽命足夠. 4.3電機的選擇 4.3.1電機的分類 1．按工作電源分類根據電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。 2．按結構及工作原理分類電動機按結構及工作原理可分為異步電動機和同步電動機。 同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同電動機。 異步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機又分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。 直流電動機按結構及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。 3．按起動與運行方式分類電動機按起動與運行方式可分為電容起動式電動機、電容盍式電動機、電容起動運轉式電動機和分相式電動機。 4．按用途分類電動機按用途可分為驅動用電動機和控制用電動機。 驅動用電動機又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動機、家電（包括洗衣機、電風扇、電冰箱、空調器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風、電動剃須刀等）用電動機及其它通用小型機械設備（包括各種小型機床、小型機械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機。 控制用電動機又分為步進電動機和伺服電動機等。 5．按轉子的結構分類電動機按轉子的結構可分為籠型感應電動機（舊標準稱為鼠籠型異步電動機）和繞線轉子感應電動機（舊標準稱為繞線型異步電動機）。 6．按運轉速度分類電動機按運轉速度可分為高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調速電動機。 低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。 調速電動機除可分為有級恒速電動機、無級恒速電動機、有級變速電動機和無極變速電動機外，還可分為電磁調速電動機、直流調速電動機、PWM變頻調速電動機和開關磁阻調速電動機。 4.3.2步進電機的選擇 由于步進電機具有控制較容易，維修也較方便，而且控制為全數(shù)字化的優(yōu)點。根據設計要求及實際情況我們選擇步進電機，選擇參數(shù)為:額定電壓、輸出扭矩和電機轉速等。擬采用的57系列兩相混和式步進電機使用24V電壓，本系統(tǒng)提供的24V直流電源可以滿足步進電機的工作需要。輸出扭矩與傳送帶和支撐板的摩擦力有關，主要由物料的重量和傳送帶的摩擦系數(shù)來確定，此外，還與傳送帶與滾輪之間的滑動摩擦力的作用有關，但由于滑動摩擦系數(shù)很小，雖然傳送帶與滾輪之間的張緊力很大，因此而帶來的滑動摩擦力卻很小，故忽略不計。計算過程如下: F=mngM=FL 其中，F(xiàn)為傳送帶須提供的牽引力，m為物料的質量，為物料與傳送帶 的摩擦系數(shù)，傳送帶的材料為高強低伸化纖材料，由表查得=0.8。傳送帶最多可以放置10個物料，則n=10，每個物料的質量約為.03kg，可得：F=23.52N L為牽引力作用在電機軸上得力臂，L=0.02m; 則有: M=FL==nmg=0.4704 轉速與傳送帶的速度和輪的直徑有關，工作時傳送帶的速度約為:V=3.5m/min，輪直徑為D=400mm， 則根據公式計算得: n==30r/min 步進電機的頻矩特性曲線如圖4-3所示： 則由曲線可得:當n=30r/min時，f=100HZ。 根據計算結果我們選擇電機型號為：57BYJ250C 第5章 Z向結構設計 5.1 Z軸滾動導軌副的計算、選擇 根據給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計算導軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般運行狀況)，3.0~5.0（運動時受沖擊、振動）。根據計算結果查有關資料初選導軌： 因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取 根據計算額定靜載荷初選導軌: 選擇漢機江機床廠HJG-D系列滾動直線導軌,其型號為:HJG-D25 基本參數(shù)如下: 額定載荷/N 靜態(tài)力矩/N*M 滑座重量 導軌重量 導軌長度 動載荷 靜載荷 L (mm) 17500 26000 198 198 288 0.60 3.1 760 滑座個數(shù) 單向行程長度 每分鐘往復次數(shù) M 4 0.6 4 導軌的額定動載荷N 依據使用速度v（m/min）和初選導軌的基本動額定載荷 (kN)驗算導軌的工作壽命Ln： 額定行程長度壽命: 導軌的額定工作時間壽命: 導軌的工作壽命足夠. 5.2 滾珠絲杠計算、選擇 初選絲杠材質：CrWMn鋼，HRC58~60，導程：l0=5mm 強度計算 絲杠軸向力：(N) 其中：K=1.15，滾動導軌摩擦系數(shù)f=0.003~0005；在車床車削外圓時：Fx=(0.1~0.6)Fz，F(xiàn)y=(0.15~0.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，F(xiàn)y=0.6Fz計算。 取f=0.004,則: 壽命值：，其中絲杠轉速(r/min) 最大動載荷： 式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時為1.2~1.5；fH為硬度系數(shù)，HRC≥58時為1.0。 查表得中等沖擊時則: 根據使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結構形式，并根據最大動載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號為: CM系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。 其基本參數(shù)如下: 其額定動載荷為14205N> 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預緊方式采用雙螺母螺紋預緊形式. 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表 名稱 計算公式 結果 公稱直徑 ―― 20mm 螺距 ―― ５mm 接觸角 ―― 鋼球直徑 ―― 3.175mm 螺紋滾道法向半徑 1.651mm 偏心距 0.04489mm 螺紋升角 螺桿外徑 19.365mm 螺桿內徑 16.788mm 螺桿接觸直徑 17.755mm 螺母螺紋外徑 23.212mm 螺母內徑（外循環(huán)） 20.7mm （4） 傳動效率計算 絲杠螺母副的傳動效率為： 式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。 （5） 穩(wěn)定性驗算 絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算。 （6） 剛度驗算 滾珠絲杠受工作負載引起的導程變化量為：(cm) Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計算 絲杠受扭矩引起的導程變化量很小，可忽略不計。導程變形總誤差Δ為 E級精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。 5.3 步進電機慣性負載的計算 根據等效轉動慣量的計算公式，有： （1）等效轉動慣量的計算 折算到步進電機軸上的等效負載轉動慣量為： 式中：為折算到電機軸上的慣性負載；為步進電機軸的轉動慣量；為齒輪１的轉動慣量； 為齒輪２的轉動慣量；為滾珠絲杠的轉動慣量；Ｍ為移動部件的質量。 對鋼材料的圓柱零件可以按照下式進行估算： 式中為圓柱零件直徑，為圓柱零件的長度。 所以有： 電機軸的轉動慣量很小，可以忽略，所以有： 4.2.6 步進電機的選用 (１）步進電機啟動力矩的計算 設步進電機的等效負載力矩為Ｔ，負載力為Ｐ，根據能量守恒原理，電機所做的功與負載力所做的功有如下的關系： 式中為電機轉角，Ｓ為移動部件的相應位移，為機械傳動的效率。若取，則Ｓ＝，且。所以： 式中：為移動部件負載（N），G為移動部件質量（N），為與重力方向一致的作用在移動部件上的負載力（N），為導軌摩擦系數(shù)，為步進電機的步距角（rad）,T為電機軸負載力矩（N.cm）。 取=0.3（淬火鋼滾珠導軌的摩擦系數(shù)），＝０.8，==279.23Ｎ?？紤]到重力影響，Ｙ向電機負載較大，因此Ｇ＝1200Ｎ，所以有： 考慮到啟動時運動部件慣性的影響，則啟動轉矩： 取系數(shù)為０.３，則： 對于工作方式為三相６拍的步進電機： (２） 步進電機的最高工作頻率 為使電機不產生失步空載啟動頻率要大于最高運行頻率,同時電機最大靜轉矩要足夠大,查表選擇兩個90BF001型三相反應式步進電機. 電機有關參數(shù)如下: 型號 主要技術參數(shù) 相數(shù) 步距角 電壓 (V) 相電流 (A) 最大靜轉矩 (n.m) 空載啟動頻率 空載運行頻率 分配方式 90BF001 4 0.9 80 7 3.92 2000 8000 4相8拍 外形尺寸(mm) 重量 kg 轉子轉動慣量 Kg.m 外直徑 長度 軸直徑 90 145 9 4.5 1764 第 6章 CCD鏡頭機構 6.1機構設計工作原理 工作原理 圖6.1 機構的工作原理如上圖6.1所示：電機帶動CCD鏡頭實現(xiàn)旋轉通過，CCD鏡頭通過鏡頭夾具套旋轉。 6.2結構設計 結構和驅動方式對穩(wěn)定性起著重要作用。驅動力的大小來自于電動機，電動機通過轉動把驅動力傳輸給CCD鏡頭。 6.3 電動機的選型 電動機一般采用直流電動機進行無級調速。 一般交流電動機也可以作為電動機，通過調換齒輪的方法進行有級調速。不過電動機要求有足夠的功率，能在較大的范圍內實現(xiàn)無級調速，保證的穩(wěn)定性，起動、停止慣性越小越好、調速范圍盡可能大，這樣就能驅動焊絲直徑不一樣的焊絲，滿足不同的去毛刺范圍的要求,擴大了去毛刺機的使用范圍 [9]。 本研究選用步進電動機,型號75BF003,分配方式為三相六拍，功率120 W􀊥電機轉速1250 r/min􀊥步距角1.5°。 第7章 機架的設計 7.1 機架的基本尺寸的確定 機架是支撐及其所有附件的可移動機構。要保證方便、安全；重量要輕，便于移動；架子要有足夠的空間安裝。而且自動變速器每個總成之間要考慮它們之間的協(xié)調關系?？紤]到這些方面的因素后要確定的一些自動變速器尺寸根據這些數(shù)據，大概確定架子的長高。這樣架子的地面的結構就確定了。支撐自動變速器的部件是支撐板，支撐板固定在支承軸上，支承軸安裝在機架上。 為了使機架能夠方便移動，須在架子上裝輪子，因此在架子的4個側面通過螺栓各連接兩個輪子，使得架子和輪子連接牢固。靠近轉盤這端安裝有鎖止裝置，使得架子在任何位置都能停止固定。 7.2 架子材料的選擇確定 架子的結構確定后，就需要準備材料，買材料時要考慮鋼材的性能，同時也要考慮成本，再者還要考慮到其美觀，通過到市場調查分析后，臺架選用60㎜×60㎜的方鋼和50×50的角鋼組合制作。其規(guī)格如表一所示。 受力比較小的底架就用50㎜的角鋼制作，其他的受力大的轉架就用60㎜的方鋼制作。在轉架與支撐板的固定處需要用軸連接。 表一 鋼材的尺寸 規(guī)格 60㎜×60㎜ 50㎜×50㎜ 橫截面圖 長度 500㎜ 567㎜ 材料 Q235 Q235 7.3 主要梁的強度校核 質量為25㎏（250N），考慮到一些外在壓力，按照重量為600N進行校核。支承軸160㎜，查機械工程材料 P105頁表5-2得，Q235鋼材的屈服強度σ b =375～460MPa，取σ b=375 MP a 解：和軸一樣建立如圖所示的坐標系。 以軸心為x軸，垂直上平面的直線為y軸，一端點為圓點建立如圖6.1所示的平面直角坐標系。 因為：FRD =600N ，把RDE從D點移到E后的受力情況如圖6.1所示。 圖6.1 得到一個F和一個力矩M=Fab×Lbe=600×0.300N·M=180 N·m 計算軸的集慣性矩Ip和抗彎截面系數(shù)Wz，因為材料和軸的是一樣的， 所以σ b=375 MP a , Ip=∫y2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.6884×10--6m3 所以 σ max= M max / W=180/（6773.69×10--6）P a=0.26MP a 也設安全系數(shù)：K=5 故：K×σ max=5×0.26MP a=1.5 MP a﹤σ b=375 MP a 因此：也可以做出結論轉架在安全系數(shù)為5的情況下也是安全的。 所以可以進行制作。解：以軸心為x軸，垂直上平面的直線為y軸，一端點為圓點建立如圖2.2.1所示的平面直角坐標系。軸的受力分析。軸的軸心受力簡圖如圖2.2.1-b所示。通過受力圖可以明顯看出軸的最大彎矩是在BE點之間。 把F從C點移到B 后的受力情況如圖2.2.1- b 所示。 得到一個F和一個力矩M=F×Lbe=600×0.3N·M=180 N·m 因為：Fba+Fde=2F=1200N 由于軸的受力完全對稱，故Fba=Fde=F=600N B點和F點的彎矩為：MB=WF=Fba×Lde+M=600×0.01+180 N·m=601.8N·m 受力情況如圖2.2.1所示. 計算軸的極慣性矩Ip 和抗彎截面系數(shù)Wz因為材料和軸的是一樣的，所以σ b=375 MP a , Ip=∫y2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.6884×10--6m3 所以 σ max= M max / W=305/（6773.69×10--6）P a=0.45MP a 也設安全系數(shù)：K=5 故：K×σ max=5×0.45 MP a=2.25 MP a﹤σ b=375 MP a 因此：也可以做出結論轉架在安全系數(shù)為5的情況下也是安全的。 所以可以進行制作。 總結 畢業(yè)設計是對大學學期間所學的知識的一次系統(tǒng)全面性的總結，通過本次畢業(yè)設計將理論與實踐充分結合，是難得的一次機會。通過這次畢業(yè)設計為今后能更好的適應今后工作墊定了良好的基礎。  參考文獻 [1] 王磊，王旭永．高壓水射流去毛刺技術的特征及應用[J] . 制造.材料，2001，39（443）：7— 9． [2] 張惠生.機械零件去毛刺工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展[J] . 北京建筑工程學院學報，2011，17(4)：58— 61． [3] 王吉安.如何選擇去毛刺技術及檢測方法[J] . 工藝，2004，12：28— 30． [4] 楊志芬.去毛刺技術[J] . 世界制造技術與裝備市場,1994(1) :8–9. 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